Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro
IMPACTE DA CIRCULAÇÃO ATMOSFÉRICA DE
LARGA-ESCALA NA INTEGRIDADE ECOLÓGICA DE
ALBUFEIRAS COM FINS HIDROELÉTRICOS EM
PORTUGAL
Dissertação de Mestrado em Engenharia do Ambiente
Ana Filomena Guimarães Mendes Pereira
Orientadora: Professora Doutora Edna Carla Janeiro Cabecinha da Câmara
Sampaio.
Coorientador: Professor Doutor João Carlos Andrade dos Santos
Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro
IMPACTE DA CIRCULAÇÃO ATMOSFÉRICA DE
LARGA-ESCALA NA INTEGRIDADE ECOLÓGICA DE ALBUFEIRAS
COM FINS HIDROELÉTRICOS EM PORTUGAL
Dissertação de Mestrado em Engenharia do Ambiente
Ana Filomena Guimarães Mendes Pereira
Composição do Júri:
Doutor José Alcides Silvestre Peres
Doutora Edna Carla Janeiro Cabecinha da Câmara Sampaio
Doutra Ana Maria Pires Alencoão
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AGRADECIMENTOS
Endereço os meus agradecimentos aos meus orientadores, Professora Edna Cabecinha e Professor João Santos pelo apoio, orientação e disponibilidade prestada ao longo do desenvolvimento desta dissertação e que muito contribuíram para o enriquecimento do presente trabalho.
Aos meus amigos, companheiros nesta etapa académica e de vida. O meu agradecimento pelas conselhos, pela ajuda e pelo partilhar de ideias. Ao Tarcísio por toda a paciência e ajuda, o meu obrigada.
Por fim, aos meus pais e à minha irmã a quem dedico este trabalho. Sem eles, esta etapa não seria possível. Exemplos de coragem e modelos para a Vida, agradeço o apoio, a amizade, o amor incondicional e a paciência demonstrada. Aos meus avós e restante família por toda a preocupação, incentivo e ajuda prestada.
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RESUMO
Os padrões de circulação atmosférica de larga-escala, nomeadamente a NAO explicam as tendências de precipitação a uma escala local. Em Portugal, estas tendências estão relacionadas com a fase negativa da NAO. Devido ao clima que prevalece em Portugal ser do tipo Mediterrânico, a precipitação apresenta uma caracter irregular em que as chuvas de outono e inverno desempenham um papel fundamental nos balanços anuais do ciclo hidrológico. Embora recentes, vários estudos têm identificado impactes diretos da NAO sobre os ecossistemas, provocando alterações nos parâmetros físico-químicos e biológicos dos ecossistemas de água doce. Perceber como os ecossistemas se comportam face às variações do clima tem ganho uma nova importância junto das comunidades científicas, especialmente no contexto das alterações climáticas.
A presente dissertação avalia a influência da NAO e da precipitação na integridade ecológica das albufeiras. Para tal, foram analisados pares de variáveis que relacionam a NAO e a precipitação com cada um dos descritores importantes na definição da integridade ecológica das albufeiras. Esta análise foi realizada em 30 albufeiras situadas em Portugal continental em 5 bacias hidrográficas diferentes. As barragens destas albufeiras são consideradas grandes barragens e têm em comum a produção de energia. Devido às características físicas e químicas, as albufeiras foram agrupadas em 3 tipologias diferentes (G1, G2.1 e G2.2). No geral, a análise realizada mostra que a variação do clima provoca impactos nos parâmetros de oxigenação e temperatura das massas de água analisadas. Também a concentração de nutrientes é afetada pelo padrão de variabilidade referido. No entanto, os impactes desta variabilidade são condicionados por fatores geográficos como a latitude, a altitude, e por caraterísticas específicas das albufeiras como profundidade, tamanho e estado trófico.
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ABSTRACT
Large-scale atmospheric circulation patterns, in particular the North Atlantic Oscillation (NAO) explains the precipitation trends on a local scale. In Portugal the precipitation occurrence is related to the negative phase of NAO. Due to the climate Mediterranean type which prevails in Portugal, the precipitation has an irregular character. Because of that, the precipitation that occurs in autumn and winter play a key role in the annual hydrological cycle balance sheets. Although, recent several studies have identified direct impacts of NAO on ecosystems whom induces alterations in the physicochemical and biological parameters of freshwater ecosystems. Understand the ecosystems behave to the climate variations has obtain a new importance in the scientific communities, especially in the context of climate changes.
This work evaluates the influence of NAO and precipitation in the reservoirs ecological integrity. In order to achieve this, was analysed the influence of NAO and precipitation in each of abiotic and biological parameters important to the definition of reservoir ecological integrity. This analysis was performed in 30 reservoirs located in Portugal in five different watersheds. The dams of these reservoir are considered large dams and have in common the productions of energy. Due to the physical and chemical characteristics, the reservoir were distinguished and grouped into three different types (G1, G2.1 and G2.2). Overall, the performed analysis revel an influence of climate changes in the oxygenation parameters and water temperature. Also the variation of NAO affected the concentration of nutrients. However, the impact of this climatic variability are conditioned by geographical factors such as altitude and latitude, and by reservoir specific characteristics such as a depth and trophic status.
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ÍNDICE
1. INTRODUÇÃO ... 1
1.1 Objetivo e estrutura da dissertação ... 4
1.2 Contextualização ... 4
Circulação atmosférica de larga-escala ... 5
Efeitos da circulação atmosférica de larga-escala nos ecossistemas de água doce ... 9
Albufeiras ... 10 2. DADOS E METODOLOGIA ... 17 2.1 Área de estudo ... 18 2.1.1 Precipitação ... 22 2.2 Descritores Ambientais ... 24 2.2.1 Definições ... 26
2.3 Metodologia para o apuramento dos dados da NAO e precipitação ... 30
2.4 Cálculo da relação da NAO e precipitação com os descritores ambientais ... 31
3. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ... 32
3.1 Influência da NAO na variação dos descritores ambientais ... 33
3.2 Influência da Precipitação na variação dos descritores ambientais ... 42
4. SÍNTESE DOS RESULTADOS ... 58
5. CONCLUSÃO E SUGESTÕES ... 60
6. BIBLIOGRAFIA ... 61
ANEXO I – Matriz de correlações da NAO com os descritores ambientais ... 67
ANEXO II – Quadros das análises estatísticas da relação da NAO com os descritores ambientais ... 70
ANEXO III – Matriz das correlações da precipitação com os descritores ambientais... 76
ANEXO IV – Quadros da análise estatística da relação da precipitação com os descritores ... 79
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Fases da NAO. Em média a pressão à superfície na Islândia é relativamente baixa (L), enquanto a pressão nos Açores é elevada (H). Durante a fase negativa (esquerda), o gradiente de pressão enfraquece. Durante a fase positiva (direita), este gradiente torna-se mais intenso que o habitual. As variações nos padrões de pressão influenciam a intensidade e a localização da corrente de jato e trajetória das tempestades sobre o Atlântico Norte (Hoerling and Human 2010) (adaptado de Gardiner and Herring (2010)). ... 6 Figura 2 - Estratificação estival de um lago/albufeira (Fonte: Rufer (2013)). ... 11 Figura 3- Padrões de Circulação anual de um lago. O lago sofre estratificação no verão (c) e completa a reviravolta no outono e na primavera (d e b). Durante o inverno, o gelo à superfície impede a mistura pela ação do vento. Existem pequenas diferenças na densidade e na temperatura, com água mais fria (0°C) perto da superfície e água mais quente e densa (4ºC) no hipolímnio (a). Fonte: (Lane 1996). ... 12 Figura 4 - Estratificação monótica quente. O lago sofre estratificação no verão (c) e completa a reviravolta no outono e na primavera (d e b). Durante o inverno, não há formação de gelo à superfície, por isso a circulação matem-se (a). (Adaptado de:Lane (1996)) ... 13 Figura 5 - Elementos de Qualidade definidos pela DQA para as albufeiras (adaptado de INAG (2009a). ... 15 Figura 6 – Localização das 30 albufeiras e da sua distribuição pela bacia hidrográfica: Ave, Cávado, Douro, Lima, Mondego e Tejo (adaptado de Cabecinha (2008b)). ... 18 Figura 7 - Relação da NAO com a turbidez da água no epilímnio da albufeira de Vilar-Tabuaço. ... 35 Figura 8 - Relação da NAO com oxigénio dissolvido no hipolímnio da albufeira de Valeira. ... 36 Figura 9 - Relação da NAO com a condutividade no epilímnio de Fronhas. ... 37 Figura 10 - Relação da NAO com os nitratos no hipolímnio da albufeira da Régua. .... 38 Figura 11 - Relação da NAO com a amónia no epilímnio da albufeira de Bemposta.... 38 Figura 12 - Relação da NAO com a amónia no epilímnio da albufeira de Valeira. ... 38 Figura 13 - Relação da NAO com o ferro no epilímnio da albufeira de Lagoa Comprida. ... 39 Figura 14 - Relação da NAO com o ferro no hipolímnio da albufeira de Pocinho. ... 39
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Figura 15 - Relação da NAO com o ferro no hipolímnio da albufeira de Vilarinho das
Furnas ... 39
Figura 16 - Relação da NAO com o ferro no hipolímnio da albufeira de Cabril. ... 39
Figura 17 - Relação da NAO com o cloro no epilímnio da albufeira da Régua. ... 40
Figura 18 - Relação da NAO com o cloro no epilímnio da albufeira de Cabril. ... 40
Figura 19 - Relação da NAO com CQO no hipolímnio da albufeira de Miranda. ... 40
Figura 20 - Relação da NAO com a CQO no hipolímnio da albufeira da Régua ... 40
Figura 21 - Relação da NAO com a concentração de SiO2 no hipolímnio da albufeira da Régua. ... 41
Figura 22 - Relação da NAO com o teor de clorofila a no hipolímnio da albufeira de Cabril. ... 42
Figura 23 - Relação da precipitação com concentração de Coliforme Fecal no epilímnio da albufeira de Carrapatelo ... 43
Figura 24 - Relação da precipitação com concentração de Coliforme Fecal no (a) epilímnio e (b) hipolímnio em Picote ... 43
Figura 25 - Relação da precipitação com concentração de Coliforme Fecal no hipolímnio na albufeira de Bouça. ... 44
Figura 26 - Relação da precipitação com concentração de Coliforme Fecal no hipolímnio na albufeira de Miranda. ... 44
Figura 27 - Relação da precipitação com a temperatura da coluna de água no epilímnio da albufeira de Bouça. ... 45
Figura 28 - Relação da precipitação com a turbação no epilímnio (a) e hipolímnio (b) da albufeira de Picote. ... 46
Figura 29 - Relação da precipitação com a turbidez no epilímnio(a) e hipolímnio (b) da albufeira de Pocinho. ... 46
Figura 30 Relação da turvação com a precipitação no epilímnio (a) e no hipolímnio (b) da albufeira de Belver. ... 46
Figura 31 - Relação da precipitação com a turvação no epilímnio na albufeira de Cabril. ... 47
Figura 32 - Relação da precipitação com a turbação no epilímnio na albufeira de Fratel ... 47
Figura 33 - Relação da precipitação com a turbidez da água no epilímnio na albufeira de Bouça. ... 47
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Figura 34 - Relação da precipitação com a turbidez no epilímnio da albufeiras de Alto Lindoso. ... 47 Figura 35 - Relação do DS com a precipitação na albufeira de Bouça. ... 48 Figura 36 - Relação do DS com a precipitação na albufeira de Cabril ... 48 Figura 37 - Relação da precipitação com o OD no hipolímnio da albufeira de Miranda. ... 48 Figura 38 - Relação da precipitação com OD no hipolímnio: da albufeira da Régua. ... 48 Figura 39 - Relação da precipitação com OD no hipolímnio da albufeira de Bouça. .... 49 Figura 40 - Relação da precipitação com o OD no hipolímnio da albufeira de Fratel ... 49 Figura 41 - Relação da precipitação com o OD no hipolímnio da albufeira de Torrão. 49 Figura 42 - Relação da precipitação com o OD no epilímnio da albufeira de Agueira. . 49 Figura 43 Relação da precipitação com a condutividade no epilímnio (a) e hipolímnio (b) da albufeira de Alto Rabagão. ... 50 Figura 44 - Relação da precipitação com a Condutividade no epilímnio da albufeira de Varosa. ... 50 Figura 45 - Relação da precipitação com a condutividade no epilímnio da albufeira de Torrão. ... 50 Figura 46 - Relação da precipitação com a concentração de NO3- no epilímnio (a) e no
hipolímnio (b) da albufeira de Vilarinho das Furnas. ... 51 Figura 47 - Relação da precipitação com a concentração de NO3- no hipolímnio da
albufeira de Bouça. ... 52 Figura 48 - Relação da precipitação com concentração de NO3- no epilímnio (a) e no
hipolímnio (b) da albufeira de Carrapatelo. ... 52 Figura 49 - Relação da precipitação com a concentração de NO2- no hipolímnio da
albufeira de Bouça. ... 53 Figura 50 - Relação da precipitação com a concentração de NO2- no hipolímnio da
albufeira de Alto Lindoso. ... 53 Figura 51 - Relação da precipitação com a concentração de Fósforo total no hipolímnio da albufeira de Bouça. ... 54 Figura 52 - Relação da precipitação com a concentração de Fósforo total no epilímnio da albufeira de Alto Lindoso. ... 54 Figura 53 - Relação da precipitação com a concentração de ferro no hipolímnio da albufeira de Cabril. ... 54
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Figura 54 - Relação da precipitação com a concentração de ferro no hipolímnio da albufeira de Belver... 54 Figura 55 - Relação da precipitação com a concentração de cloro na epilímnio da albufeira de Cabril. ... 55 Figura 56 - Relação da precipitação com concentração de SiO2 no epilímnio (a) e no
hipolímnio (b) da albufeira de Carrapatelo. ... 56 Figura 57 - Relação da precipitação com a concentração do SiO2 no (a) epilímnio (a) e no
hipolímnio (b) da albufeira de Pocinho. ... 56 Figura 58 - Relação da precipitação com a Clorofila a no epilímnio da albufeira de Bemposta. ... 57 Figura 59 - Relação da precipitação com a Clorofila a com no hipolímnio da albufeira de Vilarinho das Furnas ... 57
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LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Elementos físicos e químicos de suporte à monitorização nas albufeiras (adaptado de INAG (2009b))………16 Quadro 2 - Valores limite para o bom potencial ecológico das albufeiras. Adaptado de INAG
(2009b)……….17 Quadro 3 - Indicadores para a avaliação do elemento biológico fitoplâncton nas albufeiras. Adaptado de INAG (2009b)………...17 Quadro 4 - Albufeiras agrupadas pelos respetivos grupos elaborados de acordo com as características hidromorfológicas, características químicas da água e composição de espécies específicas (adaptado de: Cabecinha et al. (2009)………21 Quadro 5 – Descritores Ambientais (parâmetros abióticas e biológico) analisadas ao longo da coluna de água………...25 Quadro 6 - Critério de análise para os valores do coeficiente de correção da precipitação vs. Descritores ambientais e biológicos………32
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LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 Dados anuais do índice da NAO entre o ano 1950 e 2014. Adaptado de Dahlman (2009b). ... 8 Gráfico 2 Precipitação Total Anual (mm) ocorrida nas albufeiras em estudo entre 1996 e 2003 ... 23
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LISTA DE ABREVIATURAS, ACRÓNIMOS E SIGLAS
◦C – graus celsius
CBO5 – Carência Bioquímica de Oxigénio
Cl- Cloro
Clf a – Clorofila a
Clf F – Coliformes Fecais
COND – condutividade
CQO – Carência Química de Oxigénio
DQA – Diretiva Quadro da Água
DS – Disco de Secchi
Ep – Epilímnio
Fe- Ferro
Hp – Hipolímnio
NAO - North Atlantic Oscillation
NH4+ - Amónia
NO2- - Nitritos
NO3- - Nitratos
OD – Oxigénio Dissolvido
SiO2 - Sílica
TOT P – fósforo total
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1. INTRODUÇÃO
A variação sazonal das condições hidrológicas causadas por mudanças nos padrões de precipitação observados nos últimos anos têm efeitos significativos na qualidade da água (Huang et al. 2015). A ocorrência de precipitação provoca perturbações nas massas de água, porque pode levar a alterações no ambiente e nas condições hidrológicas. Mudanças nos padrões de precipitação, particularmente na sua sazonalidade, juntamente com a frequência e intensidade de episódios de precipitação extrema, têm efeitos significativos nos ecossistemas aquáticos e, consequentemente, nas características físicas e químicas das albufeiras (Huang et al. 2015, Wang et al. 2012).
Em Portugal, os ecossistemas aquáticos dominantes são os fluviais. Contudo, devido à irregularidade e elevada sazonalidade da precipitação, bem como ao elevado potencial hídrico para produção de energia hídrica, surge desde cedo a necessidade de criar massas de água lênticas (albufeiras) para acumulação e uso da água (ICNF 2006). Apesar de massas aquáticas relativamente recentes e de volume variável, as albufeiras são uma parte integrante da paisagem ibérica. Os objetivos da sua construção prendem-se com necessidades humanas, tais como armazenamento de água para abastecimento das populações, rega, produção de energia, atividades de lazer, entre outras (Ferreira et al. 2009a).
Os processos ecológicos destes ecossistemas são influenciados por condições climáticas que operam através dos parâmetros climáticos locais, tais como o vento, temperatura, precipitação, neve e correntes oceânicas (Stenseth et al. 2002). As variações destes parâmetros são também largamente controladas pela circulação atmosférica de larga escala, nomeadamente pela Oscilação do Atlântico Norte (NAO). Este padrão de variabilidade espácio-temporal da circulação atmosférica de larga escala sobre o Atlântico Norte influencia não apenas todo o Atlântico Norte, mas também parte significativa da América do Norte, Ártico, Europa e Bacia do Mediterrâneo, e tem uma profunda influência nos processos ecológicos e, consequentemente, nos padrões de abundância de espécies e na sua dinâmica (Hurrell et al. 2003).
Vários estudos realizados têm mostrado respostas significativas dos ecossistemas de água doce às flutuações climáticas, com impactes nas propriedades físicas, hidrológicas, químicas e biológicas. Impactes nas propriedades físicas incluem efeitos no perfil de
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temperatura, na cobertura de gelo, escoamento dos rios e nível de água dos lagos e albufeiras. As respostas destes parâmetros físicos e hidrológicas influenciam as propriedades químicas e biológicas das massas de água (Straile et al. 2003), o que por sua vez pode alterar a qualidade da água.
Assim, a circulação atmosférica de larga escala, nomeadamente a sua variabilidade associada à NAO, sendo responsável por variações climáticas à escala local e regional, tem despertado interesse na comunidade científica devido à forte influência que apresenta sobre as comunidades biológicas (Hurrell et al. 2003).
A procura do Homem por água doce de alta qualidade tem aumentado continuadamente e, por isso, a relevância prática das respostas dos sistemas lacustres aos impactes da circulação atmosférica de larga escala é cada vez mais um assunto de elevada importância na Europa (Straile et al. 2003).
No ano 2000, surgiu a Diretiva-Quadro da Água (DQA) (Diretiva 2000/60/CE do Parlamento Europeu e do Conselho, de 23 de Outubro) criando um novo paradigma no entendimento do estado ecológico das massas de água na Europa. Esta Diretiva é o principal instrumento da Política da União Europeia relativa à água, estabelecendo um quadro de ação comunitária para a proteção das águas de superfície, das águas de transição, das águas costeiras e das águas subterrâneas. A DQA, foi posteriormente transposta para o direito nacional através da Lei n.º 58/2005, de 29 de Dezembro, e do Decreto-Lei nº 77/2006, de 30 de Março, que estabelecem as bases para a gestão sustentável das águas e definem o novo quadro institucional para o sector.
Esta diretiva prevê um exercício de intercalibração para identificar e resolver inconsistências significativas entre as classificações de qualidade ecológica na União Europeia. Os Estado-membros têm que garantir um bom estado ecológico de todas as águas superficiais e subterrâneas em toda a Europa (Poikane et al. 2011). O estado ecológico de uma massa de água de superfície, no qual se inserem as albufeiras, é definido pelo desvio entre as características das comunidades de organismos aquáticos (flora aquática, invertebrados bentónicos e fauna piscícola) que estão presentes nas condições de referência e as características dessas mesmas comunidades quando sujeitas a uma pressão. O estado ecológico é também caracterizado por parâmetros físico-químicos, como a temperatura, oxigénio dissolvido e nutrientes, entre outros, e por características
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hidromorfológicas, tais como vegetação ribeirinha, caudal, profundidade, entre outras (INAG 2006).
A DQA define Massa de Água Fortemente Modificada, onde se enquadram as albufeiras, como uma massa de água que, em resultado de alterações físicas decorrentes da atividade antropogénica, adquiriu um carácter substancialmente diferente. Para estas massas de água aplica-se o conceito de Potencial Ecológico. Este conceito representa o desvio que a qualidade do ecossistema aquático apresenta relativamente ao máximo que pode atingir (Potencial Ecológico Máximo – PEM), após implementação de todas as medidas de mitigação que não tenham efeitos adversos significativos sobre os usos específicos ou no ambiente em geral.
Os valores dos elementos de qualidade no PEM devem refletir, tanto quanto possível, os valores associados ao tipo de massa de água natural mais semelhante em situação de referência, considerando as condições físicas resultantes das características artificiais ou fortemente modificadas da massa de água.
No horizonte português, com os objetivos de reduzir a dependência da energia importada, aumentar a produção de energia hidroelétrica e diminuir a emissão de gases com efeito de estufa, está prevista a construção de novas barragens. Quando criado, o Programa Nacional de Barragens com Elevado Potencial hidroelétrico (PNBEPH) previa a construção de 10 novas barragens até 2012. No entanto, devido a preocupações ambientais e sociais alguns destes projetos foram repensados e abandonados. Outros sofreram atrasos significativos (REN 2007, Hughes et al. 2012).
Deste modo, uma vez que as albufeiras são uma parte integrante do território português é fundamental perceber de que forma estes ecossistemas respondem a perturbações naturais causadas pela variabilidade climática. Certamente que estudos nesta temática ajudarão a ter uma abordagem preventiva no combate às alterações climáticas. É neste contexto que surge a presente dissertação. O estudo aqui apresentado relaciona a influência da variabilidade da precipitação com os parâmetros físicos e químicos de suporte aos elementos biológicos utilizados na definição do potencial ecológico das albufeiras. E como essa influência pode ter impactes na comunidade biológica, nomeadamente fitoplanctónica. Os parâmetros físico-químicos selecionados para este estudo estão de acordo com os parâmetros presentes na DQA.
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1.1 Objetivo e estrutura da dissertação
O principal objetivo desta dissertação consiste na avaliação do impacte da variabilidade da NAO e da precipitação nalguns descritores físico-químicos de suporte aos elementos biológicos, utilizados na avaliação da integridade ecológica das albufeiras de grandes barragens de Portugal, com produção de energia. O índice da NAO e as séries de precipitação foram extraídas para os períodos com monitorização dos dados físico-químicos.
A dissertação foi organizada em cinco capítulos. O primeiro capítulo corresponde à introdução do tema, objetivos e estado de arte. No segundo capítulo, organizado em quatro subcapítulos, são identificadas as áreas de estudo, os parâmetros físico-químicos das massas de água das albufeiras e são apresentadas as metodologias para o apuramento do índice da NAO e das séries de precipitação, bem como da correlação e análise estatística da precipitação com os parâmetros físico-químicos. A apresentação e discussão de resultados é feita no capítulo 3. Este é constituído por dois subcapítulos, que correspondem respetivamente à análise da influência da NAO e da precipitação na variação dos descritores ambientais. O capítulo 4 compreende a síntese dos resultados obtidos e, por fim, no capítulo 5 estão apresentadas as conclusões e sugestões para trabalho futuro.
1.2 Contextualização
Esta dissertação surge no seguimento de um estudo anterior (Cabecinha 2008a) que lança as bases para a realização de avaliações regulares da integridade ecológica das albufeiras portuguesas e a sua relação com a variabilidade climática ao nível dos principais parâmetros físicos e químicos, de suporte aos elementos biológicos. Neste contexto, tal como já referido anteriormente, o estudo presente foca-se na influência da precipitação nos principais parâmetros físico-químicos das albufeiras.
O estudo dos impactes da variabilidade climática, nomeadamente a controlada pela Oscilação do Atlântico Norte (NAO), sobre os ecossistemas é relativamente recente e conduzida por poucos cientistas. Por isso, atualmente são ainda poucos os estudos sobre esta matéria (Stenseth et al. 2002, Straile et al. 2003). No entanto, a consciencialização da forte interação entre os sistemas biológicos e o clima tem aumentado nos últimos anos.
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Este estudo interdisciplinar deverá ser explorado para perceber melhor a resposta dos ecossistemas à variabilidade climática e, consequentemente, às alterações climáticas. A Oscilação do Atlântico Norte é de interesse mútuo, pois é uma fonte dominante de variabilidade climática e, por isso, como dito anteriormente, um renovado interesse neste parâmetro tem surgido na comunidade biológica (Hurrell et al. 2003). Apesar da investigação sobre a influência da NAO nos ecossistemas de água doce serem recentes (Straile et al. 2003), alguns estudos mostram efeitos nítidos nos parâmetros físicos, químicos e biológicos de muitos lagos e rios situados no Hemisfério Norte.
Circulação atmosférica de larga-escala
Os parâmetros da circulação atmosférica de larga escala explicam claramente a variabilidade e as tendências de precipitação e temperatura a uma escala regional. Vários estudos identificam a NAO como o padrão de variabilidade climática dominante na circulação atmosférica do Atlântico Norte (López-Moreno et al. 2011). Este padrão determina a variabilidade de diversos parâmetros climáticos à superfície do globo, especialmente durante o inverno boreal, desde a costa leste dos Estados Unidos até à Sibéria e do Ártico ao Atlântico subtropical. Assim, as variações da NAO são importantes para o meio ambiente e para a sociedade em geral. No contexto das alterações climáticas a nível global, a compreensão dos processos que ditam esta variabilidade são uma prioridade (Hurrell et al. 2003).
A NAO pode ser caracterizada como um dipolo espacial, com centros de pressão anómalos localizados próximo dos Açores e da Islândia (Hurrell 1995). Este dipolo altera-se entre a faaltera-se positiva e negativa. Estas faaltera-ses são identificadas por dois sistemas de pressão permanentes que afetam a direção dos ventos de Oeste. O primeiro é um sistema de baixa pressão localizado sobre a Islândia. O segundo é um sistema de alta pressão localizado junto aos Açores (oeste da abertura para o Mar Mediterrâneo). Os balanços de uma fase para a outra produzem grandes mudanças na direção e velocidade média do vento sobre o Atlântico, no transporte de calor e humidade entre o Atlântico e os continentes adjacentes e influenciam o número, trajetória e intensidade das tempestades (Figura 1).
A NAO está na fase negativa quando ambos os centros de pressão estão fracos, ou seja, uma depressão fraca na Islândia tende a ocorrer com um anticiclone fraco nos Açores
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(Figura 1, lado esquerdo) (Liberato et al. (2012) citado por Carneiro (2013)). Durante esta fase, para o Norte da Europa há uma diminuição na frequência de tempestades, ocorrência de precipitação e temperatura abaixo da média. Contrariamente, no sul da Europa há um aumento da ocorrência de tempestades, precipitação acima da média e temperatura mais elevada. No leste da América do Norte, a fase negativa da NAO aumenta a frequência de vagas de frio e tempestades (Dahlman 2009a). Durante a fase positiva da NAO há uma maior diferença de pressão entre as duas regiões, ou seja, uma depressão intensa na Islândia tende a ocorrer com um anticiclone intenso nos Açores (Liberato et al. (2012) citado por Carneiro (2013)). Esta fase resulta em uma corrente de jato mais forte e um deslocamento da faixa de tempestades para norte (Figura 1, lado direito). Consequentemente, na Europa do Norte há um aumento de tempestades, de precipitação e temperatura acima da média, associada às massas de ar que chegam de latitudes mais baixas. Por sua vez, o sul da Europa fica sujeito a massas de ar seco e frio, resultando numa diminuição de tempestades e ocorrência de precipitação abaixo da média. No leste da América do Norte, esta fase está geralmente associada a uma maior pressão atmosférica, proporcionando uma diminuição na frequência de ocorrência de vagas frio e tempestades (Dahlman 2009a).
Fase Negativa da NAO Fase Positiva da NAO
Figura 1 - Fases da NAO. Em média a pressão à superfície na Islândia é relativamente baixa (L), enquanto a pressão nos Açores é elevada (H). Durante a fase negativa (esquerda), o gradiente de pressão enfraquece. Durante a fase positiva (direita), este gradiente torna-se mais intenso que o habitual. As variações nos padrões de pressão influenciam a intensidade e a localização da corrente de jato e trajetória das tempestades sobre o Atlântico Norte (Hoerling and Human 2010) (adaptado de Gardiner and Herring (2010)).
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A NAO é um dos padrões dominantes na evolução temporal da precipitação e da temperatura na zona mediterrânea. Tal como é possível observar na Figura 1 a fase negativa e consequentemente a ocorrência de precipitação, tende a ser maior na parte ocidental do mediterrâneo, i.e. Península Ibérica e norte de Marrocos, norte de Itália, parte ocidental da Península Balcânica e em algumas áreas da Turquia (López-Moreno et al. 2011).
Os invernos em ambiente mediterrâneo são geralmente húmidos e uma grande parte da precipitação tende a ocorrer durante este período, o que faz com que anomalias climáticas ocorridas nesta época do ano tenham implicações graves no orçamento anual de água (López-Moreno et al. 2011).
A NAO exibe uma considerável variabilidade interzonal e interanual e períodos prolongados de ambas as fases, positiva ou negativa, são comuns. Durante o inverno a NAO exibe também uma variabilidade multidecadal muito significativa (Hurrell 1995). A análise do índice desde o ano de 1950 até 2014 mostra que a fase negativa da NAO dominou a circulação a partir de meados da década de 1950 até 1978/79 (Gráfico 1). Durante este intervalo de aproximadamente 24 anos, verificaram-se quatro períodos de pelo menos três anos cada em que a fase negativa foi dominante. Na verdade, durante todo o período a fase positiva foi observada em média sazonal apenas três vezes e nunca apareceu em dois anos consecutivos. Em seguida, entre 1979 e 1980 verificou-se uma transição abrupta para a fase positiva, que prevaleceu ao longo do tempo até 1994/95. Durante este intervalo de 15 anos, uma fase negativa substancial do padrão apareceu apenas em 1980/81 e 1985/86. Posteriormente, o intervalo de tempo entre o ano 1995 e 1998 foi caracterizado por uma intensificação da fase negativa da NAO. Uma natureza mais variável da NAO foi registada desde 2000 até 2014. No entanto, em 2010 a NAO apresenta uma forte fase negativa. A ocorrência anormal de elevadas quantidades de precipitação no inverno pode estar associada a um escoamento atmosférico de larga escala, predominante zonal sobre o Atlântico Norte e Península Ibérica, tal como Andrade et al. (2011) mostraram ao analisar o inverno húmido que ocorreu em 2010. Os autores demostraram que ocorrência anómala de precipitação no território português resultou de anomalias de larga escala no nordeste do Atlântico Norte. Tal como também ficou patente, tais anomalias podem ter impactos significativos nos sistemas hidrológicos portugueses (Andrade et al. 2011).
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Gráfico 1 - Dados anuais do índice da NAO entre o ano 1950 e 2014 (adaptado de Dahlman (2009b)).
Em Portugal, a precipitação de inverno constitui um fator determinante para o ciclo hidrológico. Devido às condições climáticas que prevalecem em Portugal serem do tipo Mediterrânico, com elevada concentração da precipitação no outono e inverno, a precipitação nesta estação, desempenha um papel determinante nos balanços do ciclo hidrológico. Além disso, a ausência de precipitação neste período desempenha um papel fundamental no desencadeamento de episódios de seca, porque embora os sistemas naturais e socioeconómicos estejam preparados para lidar com a secura do verão mediterrânico, não estão preparados para a seca meteorológica de inverno. Por sua vez, devido ao caráter esporádico e irregular da precipitação de verão em Portugal, a sua análise é bastante complexa (Santos et al. 2005).
A NAO afeta diretamente, entre muitas outras coisas, as colheitas agrícolas, a gestão da água, o fornecimento e procura de energia e os rendimentos derivados das pescas. (Hurrell et al. 2003). Mysterud et al. (2003) analisam respostas dos ecossistemas terrestres à variação da NAO, tais como a floração antecipada de muitas espécies de plantas devido à ocorrência de invernos mais quentes e húmidos. As variações da NAO estão também significativamente correlacionadas com o crescimento, desenvolvimento, fertilidade e tendências demográficas de muitos animais terrestres (Hurrell et al. 2003). Apesar da investigação da influência da NAO nos ecossistemas de água doce serem recentes (Straile
-1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 1 9 5 0 1 9 5 2 1 9 5 4 1 9 5 6 1 9 5 8 1 9 6 0 1 9 6 2 1 9 6 4 1 9 6 6 1 9 6 8 1 9 7 0 1 9 7 2 1 9 7 4 1 9 7 6 1 9 7 8 1 9 8 0 1 9 8 2 1 9 8 4 1 9 8 6 1 9 8 8 1 9 9 0 1 9 9 2 1 9 9 4 1 9 9 6 1 9 9 8 2 0 0 0 2 0 0 2 2 0 0 4 2 0 0 6 2 0 0 8 2 0 1 0 2 0 1 2 2 0 1 4 TEMPO (ANOS) Indice da NAO
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et al. 2003), tal como referido anteriormente, esta tem demonstrado efeitos nítidos nos parâmetros físico-químicos e biológicos de muitos lagos e rios situados no Hemisfério Norte.
Efeitos da circulação atmosférica de larga-escala nos ecossistemas de água doce
Os ecossistemas de água doce têm mostrado respostas significativas às flutuações climáticas. Fortes variações do clima associadas à NAO exercem um impacte importante sobre diversos habitats a diferentes níveis tróficos. Os ecossistemas de água doce são afetados através de alterações nas propriedades físicas, químicas e biológicas de muitos sistemas lênticos e lóticos (Hurrell et al. 2003).
A NAO exerce um impacte importante sobre o desenvolvimento e distribuição sazonal da temperatura dos lagos e albufeiras, nutrientes e consequentemente no tempo e taxa de produção de plâncton. Apesar da influência da NAO, os efeitos reais dos impactes estão também associados à altitude, latitude, tamanho e profundidade dos sistemas lênticos (Hurrell et al. 2003). A resposta das propriedades físicas às variações da NAO provoca uma resposta secundária das propriedades químicas. Um dos aspetos mais importantes prende-se com a lixiviação de nutrientes em lagos ou rios. No entanto, tal como já referido, a investigação da influência da NAO em ecossistemas de água doce está ainda a dar os primeiros passos (Straile et al. 2003), o que dificultou a pesquisa bibliográfica deste tema.
Não obstante, vários estudos realizados nos inícios deste século mostram que efetivamente a NAO provoca impactos significativos nos ecossistemas de água doce (Straile et al. 2003). Também Blenckerner and Chen (2003) mostram resultados claros que indicam a influência da circulação de larga-escala e regional nos ecossistemas aquáticos. Um dos fatores analisados face à influência da NAO tem sido a temperatura nos sistemas lênticos, podendo persistir por longos períodos no hipolímnio (Straile et al. 2003).
As albufeiras são meios aquáticos sujeitos a grandes variações espácio-temporais, inter- e intra-anuais, fortemente dependentes do clima e do regime de uso do recurso hídrico. Quando há uma degradação ambiental, as comunidades biológicas tornam-se
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ecologicamente desequilibradas e expressam a perda de integridade ecológica através de indicadores como a mortalidade piscícola ou o aparecimento de cianotoxinas (Ferreira et al. 2009).
O potencial ecológico máximo das albufeiras, assim como os respetivos elementos morfológicos, hidrogeoquimicos e hidrobiológicos que as caracterizam, variam de acordo com a interação do sistema ecológico das massas de água como os gradientes geográficos, climáticos e hidrogeomorficos. As variações hídricas, definidas pelo regime de uso e atividades humanas que decorrem permanentemente nas albufeiras, determinam o tipo e qualidade biológica dos ecossistemas aquáticos (Ferreira 2000)
Albufeiras
As albufeiras são definidas pela DQA como um ecossistema semilêntico ou massas de água fortemente modificadas. Em Portugal continental, a maior parte dos corpos de água doce lênticos são albufeiras. As albufeiras são ecossistemas relativamente recentes e artificiais que durante muito tempo foram ignorados pela comunidade científica limnológica. Mais recentemente foi reconhecida a importância que o estudo pormenorizado do funcionamento ecológico das albufeiras representa para a sua gestão (Ferreira 2000).
Em resultado das atividades físicas derivadas da atividade humana, estas massas apresentam um caracter substancialmente diferente a nível hidrológico e morfológico. Em geral, têm uma profundidade não superior a 30 metros e, como ecossistemas lênticos, podem apresentar uma elevada produtividade, interagindo as suas águas com processos biogeoquímicos do solo e sedimentos (DQA 2000). Devido à irregularidade da precipitação e à ausência de corpos de água lênticos naturais, desde cedo houve a necessidade de criar albufeiras (Hughes et al. 2012, Ferreira et al. 2009b, Cabecinha et al. 2013). Por isso, são comuns na paisagem ibérica e a sua construção tem objetivos múltiplos para uso humano da água, tais como abastecimento, rega, produção de energia, lazer, entre outros.
Um dos aspetos mais importantes da ecologia lêntica é a estrutura vertical das comunidades biológicas, que é função de processos físicos e químicos ocorrentes na massa de água (Ferreira 2000). A temperatura dos fluxos de entrada faz variar o grau de
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estratificação (Geraldes and Silva-Santos 2011). Sazonalmente, em zonas temperadas a temperatura varia em profundidade e estabelece-se uma estratificação vertical. Devido à radiação solar durante a primavera inicia-se a estratificação estival. Quando o processo da distribuição térmica da coluna de água é mais lento que o aquecimento das águas superficiais, formam-se estratos resistentes à mistura: epilímnio; metalímnio, termoclíneo e hipolímnio (Ferreira et al. 2009a). (Figura 2).
Epilímnio é uma zona superior mais quente, menos densa e viscosa que se encontra uniformemente aquecida;
Metalímnio diz respeito a uma zona intermédia de forte descontinuidade térmica;
Termoclíneo designa a cota a que ocorre a taxa máxima de descida da temperatura;
Hipolímnio corresponde a uma zona inferior mais fria, mais densa e viscosa, relativamente inalterada.
Figura 2 - Estratificação estival de um lago/albufeira (adaptado de Rufer (2013)).
No final do verão e no outono, devido à descida da temperatura do ar, a perda de calor da massa de água é superior ao aquecimento por radiação solar. Por isso, por ação do vento, a água da superfície é misturada por uma combinação de correntes de convexão e circulação epilimnética. Verifica-se a erosão progressiva do metalímnio e todo o volume de água passa a estar incluído na circulação outonal. Nesta situação, toda a coluna de água tem a mesma temperatura (Figura 3d).
Com a progressão do inverno, a temperatura do ar diminui tal como a temperatura da água à superfície, podendo até atingir a densidade máxima com valores próximos de 4°C. No
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inverno pode-se formar uma camada de gelo à superfície que isola a massa de água dos efeitos do vento. A camada de água adjacente ao gelo perde calor e torna-se mais fria, mais densa e viscosa do que a água do hipolímnio, dá-se então a estratificação invernal (Figura 3a). Com a chegada da primavera, as temperaturas aumentam e o gelo derrete rapidamente, originando uma circulação primaveril (Figura – 3b).
Figura 3 - Padrões de Circulação anual de um lago. O lago sofre estratificação no verão (c) e completa a reviravolta no outono e na primavera (d e b). Durante o inverno, o gelo à superfície impede a mistura pela ação do vento. Existem pequenas diferenças na densidade e na temperatura, com água mais fria (0°C) perto da superfície e água mais quente e densa (4ºC) no hipolímnio (a). Fonte: (Lane 1996).
Contudo, em praticamente todas as albufeiras ibéricas verifica-se um padrão designado por estratificação monomítica quente (Figura 4). Este padrão acontece nas albufeiras situadas em zonas temperadas quentes cuja temperatura das massas de água no Inverno não é inferior a 4◦C. Assim, a circulação mantem-se durante todo o inverno (Figura 4a) e a estratificação durante todo o Verão (Figura 4c) (Ferreira 2000).
gelo vento vento vento c. verão b. primavera a. inverno d.. outono vento
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Figura 4 - Estratificação monótica quente. O lago sofre estratificação no verão (c) e completa a reviravolta no outono e na primavera (d e b). Durante o inverno, não há formação de gelo à superfície, por isso a circulação matem-se (a). (Adaptado de:Lane (1996))
As albufeiras em Portugal apresentam um regime de mistura monomítica quente e estão implementadas numa rede hídrica que não tem originalmente lagos naturais. Por isso, estas massas de água não podem ser reportadas a lagos naturais, nem tão pouco a sistemas fluviais.
Numa primeira abordagem, as albufeiras portuguesas podem ser classificadas em três tipos: albufeiras do Norte, do Sul e albufeiras situadas nos cursos principais. As albufeiras localizadas no Norte são de génese oligotrófica. Estas albufeiras estão associadas a vales profundos, com margens pouco estruturadas e pouco favoráveis às atividades humanas. Têm água mais fria e a razão epilímnio/hipolímnio é mais pequena. Por isso, apresentam uma maior resistência à eutrofização. Por sua vez, as albufeiras do sul são de génese mesotrófica. Estão instaladas em vales largos e cultivados cujas margens apresentam menor declive e são mais favoráveis às atividades antrópicas. As águas destas albufeiras são mais quentes, a razão epilímnio/hipolímnio é maior e a resistência à eutrofização é menor (Ferreira et al. 2009a). As respostas dos parâmetros físico-químicos diferem de acordo com o tipo de albufeira, e.g. as albufeiras dos cursos principias da zona Norte e Sul de Portugal, apresentam características de crescente mineralização. Em geral, os parâmetros físico-químicos permitem separar as albufeiras
vento vento vento vento a. inverno b. primavera c. verão d.. outono
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de referência das degradadas, confirmando assim a possibilidade de os elementos abióticos serem utilizados na avaliação da qualidade ecológica (Ferreira et al. 2009a).
Posteriormente, de um estudo de 34 albufeiras com fins hidroelétricos, distribuídas por 5 bacias hidrográficas, baseada em parâmetros abióticos e parâmetros bióticos, nomeadamente as comunidades fitoplanctónicas, Cabecinha et al. (2009) definiu diferentes tipologias de massas de água superficiais do Norte e Centro de Portugal. Através da caracterização dos diferentes aspetos hidromorfológicos, das caraterísticas químicas da água e pela composição de espécies específicas, identificou e delimitou 2 grupos de distintos de albufeiras (área de estudo, Capitulo 2). A presente dissertação, foca a sua análise em 30 das albufeiras anteriormente estudadas por Cabecinha et al. (2009 a, b, c, d).
A qualidade da água e o estado trófico das albufeiras são resultado da interação de fatores internos, como a idade e morfologia; e externos como as caraterísticas climáticas, geológicas, edáfica, morfológicas da bacia de drenagem e as atividades humanas. Ambos os fatores regulam direta ou indiretamente as seguintes caraterísticas ambientais na coluna de água: temperatura, transparência, condutividade e disponibilidade de nutrientes (particularmente de fósforo e azoto). Por sua vez, a qualidade da água condiciona diretamente a composição e a biomassa das comunidades fitoplanctónicas (Geraldes and Silva-Santos 2011).
Os trabalhos sobre a componente biológica das albufeiras portuguesas são relativamente recentes e algo escassos (Ferreira et al. 2009b). O grupo mais estudado, mas que carece de monitorização regular, é o fitoplâncton. Como consequência do baixo número de trabalhos dedicados ao tema e ao tardio desenvolvimento da formação e ciência limnológica em Portugal, existe uma ideia incompleta das comunidades biológicas das albufeiras portuguesas. No entanto, são comuns os problemas de gestão que a biologia das albufeiras coloca: eutrofização em muitas albufeiras, crescimento de grandes massas de cianobactérias, mortalidades frequentes de ictiofauna, necessidades de gestão piscatória individualizada e, de uma forma geral, de ordenamento de margens e bacias de drenagem (Ferreira et al. 2009a).
De acordo com a DQA, a avaliação da qualidade da água das albufeiras remete para o conceito de Bom Potencial Ecológico. Este conceito representa o desvio que a qualidade do ecossistema aquático apresenta relativamente ao máximo que pode atingir – Potencial
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Ecológico Máximo (PEM), após a aplicação de medidas mitigadoras sem efeitos negativos nos usos a que se destina a albufeira e para o ambiente. O PEM é definido como o estado em que as comunidades biológicas apresentam uma estrutura ecológica com equilíbrios populacionais ou outros, em harmonia com o ambiente físico e químico que as suporta, com uma exploração adequada e interativa dos vários habitats aquáticos de forma a garantir a existência de processos e funções ecológicas meta-estáveis (Ferreira et al. 2009a). A DQA estabelece metodologias e parâmetros específicos de avaliação para classificar cada massa de água. Com o objetivo de atingir o Bom Estado Ecológico das albufeiras, esta diretiva estabelece um conjunto de elementos de qualidade biológica, elementos de qualidade física e química e elementos de qualidade hidromorfológica (INAG 2011, 2009a) (Figura 5).
Figura 5 - Elementos de Qualidade definidos pela DQA para as albufeiras (adaptado de INAG (2009a).
As condições para um bom potencial ecológico passam pela avaliação dos parâmetros físicos e químicos de suporte aos elementos biológicos (Figura 5). Se os valores destes parâmetros se encontrarem dentro dos valores admissíveis (Quadro 2), o bom funcionamento do ecossistema aquático deverá estar garantido (INAG 2009b). A avaliação física e química avalia as condições de transparência, as condições térmicas, condições de oxigenação, salinidade, estado de acidificação e condições relativas a nutrientes. Os elementos biológicos para a avaliação do potencial ecológico das albufeiras
Elementos de Qualidade Biológica
•Flora aquática; •Fitoplanton; •Fauna Piscícola.
Elementos de Qualidade Físco-Química
•Parâmetros Físco-Químicos (e.g. turbidez, pH, condutividade, nutrientes, OD); •Substâncias prioritárias definidas no DL nº103/2010 – metais pesados,
septicidades, hidrocarbonetos persistentes.
Elementos de Qualidade Hidromorfológica
•Regime Hidrológico; •Condições morfológicas.
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são o fitoplâncton e fauna piscícola. Para as albufeiras, os elementos hidromorfológicos permitem avaliar se as condições existentes são compatíveis com os valores dos elementos de qualidade biológica relativa ao potencial ecológico bom. Estes elementos são importantes porque asseguram um suporte abiótico imprescindível para estabelecer algumas espécies. O regime hidrológico é definido pela variação das distribuições sazonais do caudal e das condições de escoamento da massa de água que descrevem a frequência natural da ocorrência de cheias e secas numa determinada bacia hidrográfica. As condições morfológicas constituem a variação da profundidade, a quantidade, estrutura e substrato do leito e a estrutura das margens. Alterações profundas destas características provocam uma perda de habitats com efeitos na estabilidade e diversidade das comunidades biológicas e consequentemente uma perda gradual da estrutura e funcionalidade do ecossistema (DQA 2000, INAG 2009b).
Quadro 1 - Elementos físicos e químicos de suporte à monitorização nas albufeiras (adaptado de INAG (2009b)).
Elementos
Físico-Químicos de suporte Parâmetros Unidades
Condições de transparência
Profundidade de Secchi m Sólidos Suspensos Totais mg/L
Cor Escala Pt-Co
Turbidez NTU
Condições Térmica Perfil de Temperatura ºC Condições de oxigenação
Perfil de Oxigénio Dissolvido mgO2/L
Perfil de Taxa de Saturação em Oxigénio
% Saturação de O2
Salinidade Condutividade elétrica a 20ºC (média) μS/cm
Estado de acidificação pH Escala Sorensen Alcalinidade mg HCO 3/L Dureza mg CaCO 3/L Condições relativas a nutrientes Nitratos mg NO 3-/L Nitritos mg NO 2-/L Azoto amoniacal mg NH 4/L Azoto Total mg N/L Ortofosfato mg PO 4/L Fósforo Total mg P/L
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Quadro 2 - Valores limite para o bom potencial ecológico das albufeiras. Adaptado de INAG (2009b).
Parâmetros Limite para o bom potencial Tipo Norte Tipo Sul
Oxigénio Dissolvido ≥5 mg O2/L
Taxa de saturação em oxigénio Entre 60% e 120%
pH Entre 6 e 9
Nitratos ≤ 25 mg NO3-/L
Fósforo Total ≤ 0,05 mg P/L ≤0,07 mg P/L
Quadro 3 Indicadores para a avaliação do elemento biológico fitoplâncton nas albufeiras. Adaptado de INAG (2009b)
Elemento
biológico Componente Indicador
Tipo de albufeira Fitoplâncton Composição e abundância Índice do grupo de algas Norte % Bio volume de Cianobactérias Norte Biomassa Concentração de
clorofila a Norte e Sul Biovolume total Norte
Por apresentar ciclos de vida muito curtos, entre 4 a 5 dias, e por obter os nutrientes necessários para o seu desenvolvimento diretamente da coluna de água, o fitoplâncton é um indicador biológico sensível a alterações na concentração de nutrientes e de pressões antropogénicas (INAG 2009b). Este indicador encontra-se em todos os ecossistemas aquáticos e quando ocorrem concentrações excessivas é possível observar grandes manchas verdes flutuantes designadas por “blooms algais”.
2. DADOS E METODOLOGIA
Neste capítulo encontra-se informação relativa à origem dos dados e à metodologia utilizada para determinar o impacte da circulação atmosférica de larga escala na integridade ecológica das albufeiras.
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2.1 Área de estudo
Para o presente trabalho, foram selecionadas as grandes barragens com produção hidroelétrica localizadas em Portugal. Esta seleção obedeceu aos parâmetros descritos no Decreto-Lei nº344/2007 de 15 de Outubro que define como Grandes Barragens todas aquelas que tenham altura do paredão igual ou superior a 15 m, ou barragens de altura igual ou superior a 10 m cuja albufeira tenha capacidade superior a 1 milhão de metros cúbicos; barragens de altura inferior a 15 m, não incluídas no grupo anterior e cuja albufeira tenha capacidade superior a 100 000 m3 (2007). Assim, a área de estudo desta dissertação engloba 30 albufeiras localizadas no Norte e Centro de Portugal em 6 bacias hidrográficas: Ave, Cávado, Douro, Lima, Mondego e Tejo (Figura 6). O uso principal destas albufeiras é a produção de energia hidroelétrica, embora todas elas tenham usos secundários, tais como navegação, irrigação, armazenamento de água e atividades de recreio (Cabecinha 2008b).
Figura 6 – Localização das 30 albufeiras e da sua distribuição pela bacia hidrográfica: Ave, Cávado, Douro, Lima, Mondego e Tejo (adaptado de Cabecinha
(2008b)). Legenda: Ave Cávado Douro Lima Mondego Tejo
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A extensa área geográfica, na qual estão inseridas as albufeiras, representa uma ampla gama de características físicas e químicas, diferentes usos de solo e pressões antrópicas, incluindo um extenso gradiente da qualidade da água. A maior parte da população localiza-se na área costeira e as bacias do Ave e Cávado têm a maior densidade populacional em Portugal (378 e 265 hab/Km2). Por isso, muitos impactes associados à urbanização estão presentes nesta área. Descargas de efluentes industriais, desenvolvimento urbano e agricultura intensiva, provocam problemas de qualidade de água associados ao excesso de nutrientes e valores elevados de Carência Bioquímica de Oxigénio (CBO). Em contraste, as zonas orientais destas bacias distingue-se por vales ingremes e coberto remanescente de vegetação nativa (nesta área, nas partes superiores das bacias do Lima e Cávado, situa-se o Parque Nacional Peneda-Gerês). Na área mais ocidental, o uso do solo é dominado pela prática agrícola intensiva. Não obstante, na bacia do Ave localiza-se a maior concentração de indústria, principalmente indústria têxtil, seguindo-se as bacias do Tejo e Douro onde a atividade industrial foi dominada pela indústria de transformação e de minas, (Cabecinha 2008a) no entanto, no presente já não tem um impacte significativo.
Tal como referido anteriormente, a caracterização dos diferentes aspetos hidromorfológicos, das caraterísticas químicas da água e pela composição de espécies específicas, permite identificar 2 grupos de distintos de albufeiras (Quadro 4). Identificadas no G2, a maior parte das albufeiras estudadas funcionam como verdadeiras albufeiras, cujo tempo de residência é elevado e as variações ao longo do ano estão relacionadas, na sua maioria, com as estações do ano (Quadro 4). As restantes albufeiras são albufeiras do tipo fio-de-água e por isso apresentam um tempo de residência baixo. Estas apresentam menor estabilidade e são mais condicionada por condições meteorológicas ou hidrológicas (Quadro 4 – G1) (Cabecinha 2008a).
O G2 pode ser dividido em dois subgrupos, G2.1 e G2.2. As albufeiras do G2.1 são mais frias e profundas e estão sujeitas a um baixo nível de stresse antropogénico e poluição. Localizam-se em altitudes mais elevadas, entre 134 e 1600 metros e com declives mais acentuados, intervalo 16-22%. As albufeiras do G2.2 são mais rasas e quentes e estão sujeitas a níveis mais elevados de stresse antropogénico e poluição. Localizam-se a baixas altitudes, entre 65-552 metros, os declives diferem no intervalo de 4-13% e os valores de precipitação anual nos diferentes locais estão no intervalo 66-134mm (Cabecinha et al. 2009).
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As águas das albufeiras do G1 (Quadro 4) são caraterizadas por apresentarem maior turbidez e uma maior concentração de nutrientes, nomeadamente NO3-, consequência do
uso do solo ser dominado pela atividade agrícola. As águas das albufeiras do G2, nomeadamente 2.1 (Quadro 4) apresentam elevados níveis de Oxigénio dissolvido no hipolímnio, o que faz com que sejam águas com elevada qualidade ecológica. Em contraste, as albufeiras do G2.2 (Quadro 4), provavelmente devido ao uso do solo dominante, são mais degradadas e sujeitas a elevados níveis de stresse antropogénico e poluição (Cabecinha et al. 2009).
O G2 engloba as verdadeiras albufeiras. Nesta tipologia as albufeiras de referência, com boa qualidade da água, pertencem ao G2.1. Em contraste, as albufeiras mais degradadas e que estão sujeitas a níveis elevados de poluição, provavelmente relacionado com o uso do solo das bacias, pertencem ao subgrupo 2.2 (Quadro 4) (Cabecinha et al. 2009).
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Quadro 4 - Albufeiras agrupadas pelos respetivos grupos elaborados de acordo com as características hidromorfológicas, características químicas da água e composição de espécies específicas (adaptado de:
Cabecinha et al. (2009) Grupo 1 (G1) Grupo 2 (G2) Subgrupo 2.1 (G2.1) Subgrupo 2.1 (G2.2) B aci a H id rogr á fi ca
Ave - Guilhofrei (GUIF) -
Cávado -
Alto Rabagão (RBG); Caniçada (CNÇ); Salamonde (SLMD); Venda Nova (VNDN); Vilarinho das Furnas (VILRN);´ - Douro Valeira (VLR); Régua (RG); Pocinho (PCN); Carrapatelo (CRP); Crestuma Lever (CRT); Varosa (VRS); Miranda (MRD); Picote (PCT); Bemposta (BMP). - Vilar Tabuaço (VLR); Torrão (TR). Lima - Touvedo (TVD); Alto Lindoso (LND). -
Mondego - Lagoa Comprida (LAG). Fronhas (FRN); Caldeirão
(CLD; Aguieira (AG).
Tejo
Povoa de Meadas (POV); Fratel (FRT); Belver (BLV). StªLuzia (STLZ). Castelo de Bode (CBD); Cabril (CBR); Bouçã (BOC).
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2.1.1 Precipitação
Na fase inicial desde estudo, foram construídas séries de precipitação mensal ocorrida entre 1996 e 2003 para cada albufeira. De forma a visualizar a distribuição da precipitação nas albufeiras ao longo do período em análise, foi calculada a precipitação total anual e elaborado o Gráfico 2.
O noroeste de Portugal, onde se situam as albufeiras Alto Rabagão, Caniçada, Salamonde, Venda Nova, Vilarinho das Furnas, Guilhofrei, Alto Lindoso e Touvedo, regista os valores mais elevados de precipitação (Cabecinha et al. 2009). De uma forma geral, a análise do Gráfico 2 mostra que as albufeiras do subgrupo 2.1 registam os valores mais elevados de precipitação e o subgrupo 2.2 os mais baixos. No grupo 1 verificam-se duas disparidades. Nas albufeiras localizadas a norte da região do Douro a precipitação é superior às localizadas na parte central semiárida (Cabecinha 2008a). Por isso, nas albufeiras de Varosa, Crestuma-Lever, Carrapatelo e Régua a precipitação ocorrida é elevada, enquanto as restantes albufeiras apresentam baixos valores de precipitação. Esta análise está de acordo com a classificação dos locais examinados e apresentada por Cabecinha et al. (2009). Ao longo dos oitos anos da análise, ocorreu maior precipitação na albufeira de Caniçada e menor na albufeira de Pocinho. O ano de 2001 registou os valores máximos de precipitação, enquanto os valores mínimos foram registados em 1998. O valor máximo registado no grupo 1 é de 2015,30mm na albufeira da barragem de Carrapatelo e o mínimo, em Pocinho, de 426,44mm. No grupo 2, o valor máximo é de 2518,16 mm no ano 2001 em Caniçada e o mínimo é de 632,17mm no ano 1998 em Castelo de Bode (Gráfico 2).
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Gráfico 2 - Precipitação Total Anual (mm) ocorrida nas albufeiras em estudo entre 1996 e 2003 0,00 2000,004000,006000,008000,0010000,0012000,0014000,0016000,0018000,00 Povoa de Meadas Fratel Belver Valeira Régua Pocinho Carrapatelo Crestuma Varosa Miranda Picote Bemposta Guilhofrei Touvedo Salamonde Caniçada Alto Lindoso Venda Nova Alto Rabagão StªLúzia Vilarinho das Furnas Lagoa Comprida Castelo de Bode Cabril Caldeirão Fronhas Bouça Vilar Tabuaço Aguieira Torrão 2 .1 2 .2 Gr u p o 1 Gr u p o 2
Precipitação Total Anual (mm)
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2.2 Descritores Ambientais
Os descritores ambientais utlizados para este estudo remetem para um extensa base de dados que engloba descritores ambientais registados nas 30 albufeiras em estudo, desde 1996 até 2004. Os dados referentes a estes elementos físico-químicos foram recolhidos pelo Laboratório de Ambiente do Grupo EDP (LABELEC) e foram compilados e utilizados em estudos anteriores (Cabecinha 2008a). A base de dados foi gentilmente cedida pela Professora Edna Cabecinha. Para esta dissertação foi ainda adotado como indicador para a avaliação da Biomassa Fitoplanctónica a concentração de Clorofila a, que corresponde a uma medida indireta da biomassa fitoplanctónica através da medição da concentração deste pigmento fotossintético.
Tal como descreve Cabecinha (2008a), cada albufeira foi amostrada quatro vezes por ano, correspondendo à primavera (abril/maio), verão (julho e agosto), outono (outubro/novembro) e inverno (janeiro e fevereiro). A periocidade de amostragem foi realizada numa base anual em 58% dos reservatórios. Os restantes reservatórios foram amostrados bianualmente e trianualmente. Todas as amostras foram recolhidas a 100 m da crista do reservatório a duas profundidades diferentes, perto da superfície (aproximadamente a 0,5 m de profundidade) e próximo do fundo (2 metros acima do fundo, apenas para os parâmetros ambientais). Estas duas medidas correspondem aos níveis epilímnio (ep) e hipolímnio (hp).
A temperatura da água, turbidez, condutividade, pH e oxigénio dissolvido foram determinados in situ através da sonda de multiparâmetros portátil YSI (Yellow Spring Instruments). A penetração da luz na coluna de água foi determinada pelo método do Disco de Secchi. Os iões principais, a concentração de nutrientes, o CBO5, a Sílica total,
os coliformes fecais, e a clorofila a foram determinados em laboratório de acordo com as metodologias descridas por APHA (APHA 1995).
Os descritores presentes nesta base de dados estão de acordo com os parâmetros indicados pela DQA para a avaliação da qualidade da água (INAG 2009b). Os elementos apresentados (Quadro 5) servem de suporte aos elementos biológicos no processo de classificação do Potencial Ecológico das massas de água das albufeiras (INAG 2009a). Os parâmetros abióticos e biológico analisados neste estudo estão descritos na Quadro 5.
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Quadro 5 – Descritores Ambientais (parâmetros abióticas e biológico) analisadas ao longo da coluna de água.
DESCRITORES AMBIENTAIS
Abióticos Biológico
Parâmetro Abreviatura (Unidade) Parâmetro Abreviatura (Unidade) Coliformes Fecais F Colf (N/100mL) Clorofila a Colf a (mg/m3)
Temperatura da água Temp (◦C)
Turbidez Turv (NTU)
Transparência (profundidade do
disco de Secchi) Ds (m) Oxigénio Dissolvido OD (mg/L) Condutividade COND (uS/cm)
pH Unidade pH
Nitrato NO3- (mg NO3-/L)
Nitrito NO2- (mg NO2-/L)
Amónia NH4+ (mgNH4+/L)
Fósforo Total Tot P (mg P/L) Carência Química de Oxigénio CQO (mg O2/L)
Carência Bioquímica de Oxigénio CBO5 (mg O2/L)
Sílica Total SiO2 (mg SiO2/L)
Os descritores abióticos como a turbidez e os valores do disco de Secchi estão relacionados com as condições de transparência da massa de água. A temperatura define a condição térmica e o oxigénio dissolvido as condições de oxigenação. A condutividade fornece informação acerca da mineralização da água e o pH sobre o estado de
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acidificação. As condições relativas aos nutrientes são representadas pela concentração dos nitratos, nitritos e amónia.
2.2.1 Definições a) Descritores abióticos - Coliformes Fecais (Clf F)
A bactéria coliforme fecal é importante para a avaliação da qualidade da água. Este parâmetro é um bom indicador do estado de higienização da massa de água. A presença destas bactérias está associada ao risco potencial de doenças causadas por organismos patogénicos. Numa massa de água a concentração destas bactérias varia de acordo com o período de chuvas ou de seca (Lopes 2002).
- Temperatura da água (Temp)
A temperatura da água influencia todos os processos biológicos, reações químicas, bioquímicas e condiciona outros parâmetros, tais como a densidade e viscosidade, tensão de vapor e a solubilidade de substâncias (Santos 2013). Numa albufeira, a variação da temperatura depende sobretudo dos caudais descarregados e da cota a que são realizados (Coelho and Rodrigues (1997) citado por Lopes (2002)).
-Turbidez (Turv)
A Turbidez é o elemento físico-químico das condições de transparência e está interligado com a quantidade de sólidos em suspensão, nomeadamente argila, limo, matéria orgânica e inorgânica (Lopes 2002). Devido ao elevado teor de minerais dissolvidos, os corpos de água das albufeiras do grupo 1, albufeiras fio de água, apresentam maior turvação (Cabecinha 2008a).
- Transparência (DS)
A transparência é um parâmetro importante porque permite medir a profundidade da penetração da luz. Por sua vez, a penetração da luz é importante porque condiciona a produtividade do fitoplâncton e estimula a assimulação do fosfato (Lopes 2002). A transparência medida através do disco de Secchi (DS) é influenciada pelas características da absorção da água e da matéria orgânica dissolvida e em suspensão (Wetzel (1993)
